桥梁结构抗震

桥梁构造抗震

一根本知识点

地震：地球内某处因地球构造运动岩层突然破裂〔构造地震〕，或因局部岩层塌陷〔塌陷地震〕、火山爆发〔火山地震〕等发生了振动，并以波的形式传到地表引起地面的颠簸和摇晃。

震源：地球内部岩层破裂引起振动的地方称为震源

震中：震源在地表的投影点

横波; 地震横波是振动方向和波的传播方向垂直的波

纵波：是推进波，地壳中传播速度为5．5~7千米/秒，最先到达震中，又称P波，它使地面发生上下振动，破坏性较弱

震中距：地面上任何一点到震中的直线距离称为震中距

震源深度：震源在地面上的垂直投影，地面上离震源最近的一点称为震中

1. 工程抗震设防的对象：浅源〔深度 <60km 〕、构造地震〔与地质构造密切相关，往往发生在地应力比拟集中、构造比拟脆弱的地段，即原有断层的端点或转折处、不同断层的交汇处。〕

2.

?标准?规定：选择桥位时，应尽量避开抗震危险地段，充分利用抗震有利地段

3. 地震的分类：

a) 按地震成因分成人工地震和天然地震。天然地震主要包括构造地震、火山地震和陷落地震。

b) 地震工程中，研究的对象主要有三：地震动、构造、构造反响。

4. 地震震级：衡量一次地震大小的等级〔里氏震级ML 〕

5. 地震烈度〔衡量地震破坏作用大小的一个指标〕：影响因素有:震级、震中距

a) 震源深度、地质构造和地基条件。

6. 根本烈度：指该地区今后一个时期内，在一般场地条件下可能遭遇到的最大地震烈度

7. 地震波：地震发生时由震源地方的岩石破裂产生的弹性波。 1. 体波〔纵波〔P波〕，横波〔S波〕〕：速度快

2. 面波〔瑞利波〔R波〕和乐浦波〔 L波〕〕：破坏性大

8. 地震动〔地震波引起的地表附近土层的振动〕：地震和构造抗震之间的桥梁、构造抗震设防时的依据

9. 地震动与常用荷载的差异：

1) 常用荷载以力的形式出现，而地震动那么以运动方式出现；

2) 常用荷载一般为短期内大小不变的静力，地震动那么是迅速变化的随机振动；

3) 常用荷载大多是竖向的，而地震动那么是水平、竖向甚至扭转同时作用的。

4) 除了这些本质区别之外，与静力荷载相比，地震动具有更大的不确定性，这使得抗震设计不能完全依靠强度平安储藏。由于地震动与静力荷载的这些不同特点，使得桥梁抗震设计不能照搬常规静力荷载设计思路。

10. 地震动三要素：地震动的振幅、频谱、持续时间

11. 地震动特性的影响因素：震源、传播介质与途径、局部场地条件〔现行?标准?把场地土划分为四类

二桥梁震害及启示

A. 地基失效引起的破坏〔静力作用〕：人为工程所难以抵御，尽量通过场地选择避开：活动断层及其邻近地段、可能发生滑坡或崩塌地段、有可能液化的软弱土层地段

B：构造强烈振动引起的破坏〔动力作用〕，外因：构造遭遇的地震动的强度远远超过设计预期的强度；内因：构造设计和细部构造以及施工方法上存在缺陷：如：构件强度和延性缺乏、各构件之间连接不牢、构造布置和构造不合理等

1， 上部构造的震害：上部构造自身的震害、上部构造的移位震害、上部构造的碰撞震害

2， 支座的震害

3， 下部构造和根底的震害：钢筋混凝土墩柱的破坏形式主要有弯曲破坏和剪切破坏。还有基脚破坏。比拟高柔的桥墩多为弯曲型破坏；矮粗的桥墩多为剪切破坏；介于两者之间的为混合型。

 墩柱的弯曲破坏：主要是约束箍筋配置缺乏、纵向钢筋的搭接或焊接不牢等引起的墩柱的延性缺乏。  桥梁墩柱的剪切破坏非常常见：纵向箍筋过早剪断，箍筋缺乏

 墩柱的基脚破坏

4， 框架墩的震害：盖梁破坏：剪切破坏，弯曲破坏，钢筋锚固长度不够引起破坏；墩柱破坏；节点破坏：剪切破坏

5， 桥台的震害：地基失效引起的桥台滑移；台身与上部构造的碰撞破坏；桥台向后倾斜

根底的震害：根底震害的主要原因：地基失效。

扩大根底：地基失效。

桩根底的震害：地基失效。上部构造传递的惯性力引起的桩基剪切、弯曲破坏，桩基设计不当：桩基深入稳定土层没有足够长度，桩顶与承台联构造造措施缺乏等。桩基震害有极大的隐蔽性。在软弱地基上，采用桩根底的构造往往比无桩根底的构造具有更好的抗震性能。

6， 桥梁震害的教训及启示：

 支承连接部件失效：支座破坏〔固定支座：强度缺乏；活动支座：位移能力缺乏〕－合理设计；墩、台顶，挂梁支承牛腿处支承面太窄，又没有可靠的约束装置— 落梁〔高墩，相邻墩、台刚度突变处，斜弯桥，两种构造体系过渡孔处〕－标准规定最小支承面，设置约束装置

 碰撞引起的破坏：设置较大的间距防止；加装缓冲材料〔橡胶垫〕

 桥梁墩、台破坏〔桥台自身破坏很少〕：

 墩柱延性缺乏：横向约束箍筋配置缺乏；

 墩柱抗剪强度缺乏：横向约束箍筋配置缺乏；

 框架墩节点剪切强度缺乏：配筋缺乏；

 构造缺陷：横向约束箍筋数量缺乏和间距过大，纵向钢筋焊接强度不够或搭接失效，纵筋过早切断，纵向钢筋和横向箍筋锚固长度缺乏；箍筋端部没有作成弯钩等。

 根底破坏：桩基自身设计强度的缺乏或构造处理不当

三：桥梁抗震设计

1， 抗震设计流程图：开场，抗震设防要求确定，抗震概念设计，地震反响分析，抗震性能验算〔不通过，那么修改设计〕，抗震构造设计，完毕

2， 由于地震作用的复杂性和地震作用发生的强度的不确定性，以及构造和体形的差异等， 地震作用的计算方法是不同的。可分为反响谱法、振型分解反响谱法、弹性时程分析法、静力弹塑性方法、弹塑性时程分析法

3， 构造抗震设计理论由四个方面的内容构成: 输入地震动、构造和构件的动力模型、构造地震反响分析方法、构造抗震设计原那么和方法

4， 按设计参数来分类，抗震设计理论主要包括强度设计理论、延性设计理论、减隔震设计理论和振动控制理论。

5， 如果按构造地震反响分析方法来分类，迄今可用的抗震设计理论可归纳为三类：静力理论、反响谱理论、动力理论。

6， 构造抗震设计理论按输入地震动来分类，可确定性理论和随机振动理论。

7， 加速度波形的三大要素包括幅值、频谱和持续时间。进展构造地震反响的直接动力时程分析时，所采用的输入地震时程有三类：拟建场地的实际强震记录、其它同类场地的强震记录和人工模拟地震加速度时程

8， 抗震设防要求:地震超越概率与重现期。

地震超越概率： 一定场地在未来一定时间内遭遇到大于或等于给定地震的概率，常以年超越概率或设计基准期超越概率表示。

地震重现期：一定场地重复出现大于或等于给定地震的平均时间间隔。

9， 根本烈度：一个地区未来50年内一般场地条件下可能遭受的具有10%超越概率的地震烈度值。

10，设防烈度：按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度 。

11，桥梁抗震设计遵循的根本原那么：

〔1〕场地选择原那么；场地选择的根本原那么是应充分利用对抗震有利的地段，避开不利地段，以防止或减轻在地震作用下因地基变形或地基失效对构造造成的破坏；此外，一般不应在危险地段建造工程构造物。

〔2〕体系的整体性和规那么性原那么；构造的整体性要好。对于桥梁构造，上部构造应尽可能设计成连续的。整体性可防止构造构件及非构造构件在地震时被震散掉落，同时它也是构造发挥空间作用的根本条件。无论是在平面或立面上，构造的布置都要力求使几何尺寸、质量和刚度均匀、对称、规整，防止突然变化。

〔3〕构造和构件的强度与延性的均衡原那么；强度与延性是决定构造抗震能力的两个重要参数。只重视强度而无视延性绝对不是良好的抗震设计。一般情况下，构造经历的非弹性变形越大，其破坏程度也越高。因此，在设计抗震构造时，应当在设计强度和延性水平之间取得适当的均衡 〔4〕能力设计原那么；能力设计原那么强调强度平安度差异，即在不同构件〔延性构件和能力保护构件——不适宜发生非弹性变形的构件统称为能力保护构件〕和不同破坏模式〔延性破坏和脆性破坏模式〕之间确立不同的强度平安度。通过强度平安度差异，确保构造在大地震下以延性形式反响，不发生脆性的破坏模式。

〔5〕多道抗震防线原那么：应力图使工程构造具有多道抵抗地震侧向力的体系，那么在强地震动过程中，一道防线破坏后尚有第二道防线可以支承构造，防止倒塌。因此，超静定构造优于同种类型的静定构造。与建筑构造相比，桥梁构造在这方面可利用的余地通常并不大。

12，抗震概念设计：根据地震灾害和工程经历等获得的根本设计原那么和设计思想，正确地解决构造总体方案、材料使用和细部构造，以到达合理抗震设计的目的。

13，理想的桥梁构造体系布置：

(1) 几何线形：直桥，各墩高度相差不大。

(2) 构造布局：上部构造连续，伸缩缝尽可能少；桥梁保持小跨径；弹性支座布置在多个桥墩上；各个桥墩的强度和刚度在各个方向都一样；根底建造在坚硬场地上。

14，地震反响分析方法：

➢ 确定性方法：动力反响谱法和动态时程分析法

➢ 概率性方法

15，地震反响谱根本概念：以不同单自由度体系的周期为横坐标，以不同阻尼比为参数，绘出最大相对位移、最大相对速度和最大绝对加速度的谱曲线，分别简称为位移反响谱、速度反响谱和加速度反响谱，并用符号记为SD、SV和SA

16，反响谱的两条根本特性：绝对刚性构造( 0T): SD=0, SV=0, SA=Agmax

绝对柔性构造(T): SD=Dgmax, SV=Vgmax, SA=0

17，标准反响谱：对大量的反响谱曲线进展平均与光滑化，就可以得到供设计使用的标准反响谱曲线。现行标准采用的阻尼比为5%。

18，振型分解法：利用振型的正交性，将联立微分方程组分解成一系列相互独立的振动方程，然后采用单质点体系的反响谱理论来计算各振型最大反响，最后将各振型的反响组合起来得到构造的最大反响。

19，反响谱法的缺陷：只是弹性范围内的概念；只能得到最大反响；存在振型组合问题等

20．梁式桥等中小跨度桥梁一般可采用SRSS方法组合，大跨度桥梁一般可采用CQC方法组合。 21，延性抗震：通过构造选定部位的塑性变形〔形成塑性铰〕来抵抗地震作用的。

22，能力保护设计：为使桥梁构造在预期地震作用下，保证桥梁非塑性铰区构件在弹性范围工作，其抗震性能高于塑性铰区的设计方法。

23，防落梁系统：为防止在地震中发生桥梁上部构造落下而设置的构造系统。它由加长桥梁支承局部的长度、防止落梁装置、限制位移量构造和防止桥面出现梯状竖向错位装置组成。

24，提高钢筋混凝土墩柱的延性：用做成密排螺旋筋或箍筋形式的横向约束钢筋来约束混凝土

25，减隔震设计：在桥梁上部构造和下部构造或根底之间设置减隔震系统，以增大原构造体系阻尼和〔或〕周期，降低构造的地震反响和〔或〕减小输入到上部构造的能量，到达预期的防震要求。

26，减隔震技术的根本原理：采用柔性支承延长构造周期，减小构造地震反响；采用阻尼器装置耗散能量，限制构造位移；保证构造在正常使用荷载作用下具有足够的刚度

27，采用减隔震技术的附加好处：

1〕通过合理设计减隔震系统，可改善地震力在下部构造各支座间的分布，以保护根底、墩台等，必要时还可保护上部构造。